SE457722B

SE457722B - PROCEDURES IN WATER PURIFICATION WITH DISPOSAL OF NITROGEN CONTAINING MATERIALS BY DENITRIFICATION

Info

Publication number: SE457722B
Application number: SE8604710A
Authority: SE
Inventors: B Hansson
Original assignee: Sveriges Staerkelseproducenter
Priority date: 1986-11-04
Filing date: 1986-11-04
Publication date: 1989-01-23
Also published as: EP0336929A1; DK320088A; DE3772395D1; NO882727L; NO882727D0; NO168761C; DK167756B1; DK320088D0; NO168761B; SE8604710L; SE8604710D0; EP0336929B1; WO1988003515A1

Description

457 10 15 20 25 30 35 722 2 ernas inverkan. Dessa omvandlar kväve i ammoniumform till kväve 1 nitratform via en mellanliggande nitritform. 457 10 15 20 25 30 35 722 2 s impact. These convert nitrogen in ammonium form to nitrogen in nitrate form via an intermediate nitrite form.

Därefter tillåts denitrifikationsbakterier inverka på avloppsvattnet i en anaerob zon, varvid kvävet i nitrat- form omvandlas till kvävgas, som sedan lätt kan avlägs- nas till atmosfären. Denitrifikationssteget är till skillnad från nitrifikationssteget starkt beroende av kol såsom substratkälla för denitrifikationsbakterierna.Thereafter, denitrification bacteria are allowed to act on the wastewater in an anaerobic zone, whereby the nitrogen in nitrate form is converted to nitrogen gas, which can then be easily removed to the atmosphere. The denitrification step, unlike the nitrification step, is highly dependent on carbon as a substrate source for the denitrification bacteria.

Ett problem i detta sammanhang är att det i avlopps- vattnet befintliga kolinnehállande materialet inte räcker till för att denitrifiera kväve i nitratform i tillräckligt stor omfattning. Detta innebär att en extern kolkälla måste tillsättas såsom substrat för denitrifikationsbakterierna. Försök har utförts med kolkällor, såsom metanol, aceton m fl, men dessa har visat sig vara alltför dyra, giftiga och långsamt bionedbrytbara för att vara riktigt användbara. I stället för att använda dyra syntetiska substrat vore det av stort intresse att finna en billig, ofarlig, lättillgänglig och biologiskt nedbrytbar produkt för användning som kolhaltigt substrat.A problem in this context is that the carbonaceous material present in the wastewater is not sufficient to denitrify nitrogen in nitrate form to a sufficient extent. This means that an external carbon source must be added as a substrate for the denitrification bacteria. Experiments have been performed with carbon sources, such as methanol, acetone, etc., but these have proven to be too expensive, toxic and slowly biodegradable to be really useful. Instead of using expensive synthetic substrates, it would be of great interest to find a cheap, harmless, readily available and biodegradable product for use as a carbonaceous substrate.

Ett righeten från den stort problem på ett helt annat område är svä- att finna en lönsam avsättning för stärkelsen överskottsproduktion som för närvarande råder inom stärkelseindustrin. Det vore därför mycket lämpligt att kunna använda detta stärkelseöverskott såsom kolhal- tigt substrat för denitrifikationsbakterierna i syfte att reducera avloppsvattnets kvävehalt vid ett biolo- giskt reningssteg. Prov med nativ stärkelse har emeller- tid visat att den saknar tillfredsställande tillgäng- lighet som kolkälla för denitrifikationsbakterier.One of the major problems in a completely different area is the need to find a profitable outlet for starch surplus production that currently prevails in the starch industry. It would therefore be very convenient to be able to use this excess starch as a carbonaceous substrate for the denitrification bacteria in order to reduce the nitrogen content of the wastewater in a biological purification step. However, tests with native starch have shown that it lacks satisfactory availability as a carbon source for denitrification bacteria.

Vid föreliggande uppfinning har man nu lyckats undanröja ovanstående nackdelar genom att som kolhaltigt substrat för denitrifikationsbakterier tillsätta modi- fierad stärkelse, dvs stärkelse med en annan struktur än nativ stärkelse. Dylik modifierad stärkelse har visat sig vara synnerligen lämplig som kolhaltigt 10 15 20 25 30 35 457 722 3 substrat för denitrifikationsbakterier, eftersom det har en hög bakteriologisk tillgänglighet, är ofarlig ur miljösynpunkt samt billig och lättillgänglig.In the present invention, it has now been possible to obviate the above disadvantages by adding modified starch as a carbonaceous substrate for denitrification bacteria, ie starch with a structure other than native starch. Such modified starch has been found to be particularly suitable as a carbonaceous substrate for denitrification bacteria, since it has a high bacteriological availability, is harmless from an environmental point of view and is inexpensive and readily available.

Enligt föreliggande uppfinning ástadkoms sålunda ett förfarande vid vattenrening med avlägsnande av kvävehaltigt material genom denitrifikation, vilket förfarande kännetecknas därav, att nativ stärkelse modifieras och den modifierade stärkelsen tillsätts såsom kolhaltigt substrat för denitrifikationsbakterier i en anaerob zon vid ett biologiskt reningssteg. Dessa och andra utmärkande kännetecken hos uppfinningen _ framgår av den efterföljande beskrivningen och patent- kraven.Thus, according to the present invention, there is provided a process of aqueous purification with removal of nitrogenous material by denitrification, which process is characterized in that native starch is modified and the modified starch is added as a carbonaceous substrate for denitrification bacteria in an anaerobic zone at a biological purification zone. These and other features of the invention will become apparent from the following description and claims.

Enligt uppfinningen modifieras den nativa stärkelsen företrädesvis kemiskt, fysikaliskt, enzymatiskt eller genom en kombination av dessa metoder.According to the invention, the native starch is preferably chemically, physically, enzymatically modified or by a combination of these methods.

Den nativa stärkelsen modifieras kemiskt genom syrahydrolys. Föredragna syror är klorvätesyra, svavelsyra, salpetersyra, m fl. Syrahydrolysen genomförs vid en temperatur av 100-l70°C, ett tryck av 1-S0 bar, och vid ett pH av 0-6.The native starch is chemically modified by acid hydrolysis. Preferred acids are hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, etc. The acid hydrolysis is carried out at a temperature of 100-170 ° C, a pressure of 1-SO bar, and at a pH of 0-6.

Vid en föredragen utföringsform av uppfinningen genomförs syrahydrolysen vid en temperatur av l30~l50°C, ett tryck av 25-35 bar, och vid ett pH av I-2.In a preferred embodiment of the invention, the acid hydrolysis is carried out at a temperature of 130 DEG-150 DEG C., a pressure of 25-35 bar, and at a pH of I-2.

Den fysikaliska modifieringen av stärkelsen utgörs företrädesvis av förklistring av nativ stärkelse, men även andra typer av fysikalisk modifiering, såsom mekanisk malning av stärkelse för sönderspjälkning av stärkelsegranulerna, kan komma ifråga. Förklistring av stärkelse är en välkänd behandling av stärkelse och torde inte behöva beskrivas närmare här. Som exempel kan nämnas behandling av nativ stärkelse i närvaro av vatten vid en temperatur av 50-200°C under en tid av 0-60 min vid ett tryck av 1-10 bar. Ett vid uppfin- ningen föredraget förklistringsförfarande innebär att förklistringen sker pá en varm valstrumma, varefter den förklistrade stärkelsen indunstas och sedan skrapas av från valstrumman. 41-. 457 722 10 15 20 25 30 35 4 Vid den enzymatíska modifieringen behandlas den nativa stärkelsen med enzym, företrädesvis amylas och/eller amyloglykosidas, varvid stärkelsens kolkedjor klipps upp.The physical modification of the starch preferably consists of the gluing of native starch, but other types of physical modification, such as mechanical grinding of starch for cleavage of the starch granules, may also be considered. Pre-gluing of starch is a well-known treatment of starch and should not need to be described in more detail here. Examples are the treatment of native starch in the presence of water at a temperature of 50-200 ° C for a period of 0-60 minutes at a pressure of 1-10 bar. A pre-sticking procedure preferred in the invention means that the pre-sticking takes place on a hot rolling drum, after which the pre-sticked starch is evaporated and then scraped off from the rolling drum. 41-. 457 722 10 15 20 25 30 35 4 In the enzymatic modification, the native starch is treated with enzyme, preferably amylase and / or amyloglycosidase, cutting the starch carbon chains.

Efter att ha modifierats tillförs den modifierade stärkelsen till den anaeroba zonen vid det biologiska reningssteget. Vid tillsatsen av den modifierade stärk- elsen bör en tillräckligt stor mängd modifierad stärkelse tillsättas för att räcka till som substrat för denitri- fikationsbakterierna. Halten kvarvarande nitrat mätes med rutinmässiga metoder. En mängd motsvarande ett viktförhållande mellan kol och kväve av åtminstone l,3:l bör tillsättas.After being modified, the modified starch is added to the anaerobic zone during the biological purification step. When adding the modified starch, a sufficiently large amount of modified starch should be added to suffice as a substrate for the denitrification bacteria. The content of residual nitrate is measured by routine methods. An amount corresponding to a weight ratio of carbon to nitrogen of at least 1.3: 1 should be added.

Beskrivning av ritningen Figuren är ett schematiskt âskådliggörande av ett avloppsreningsverk, som inbegriper ett mekaniskt, ett biologiskt och ett kemiskt reningssteg.Description of the drawing The figure is a schematic illustration of a sewage treatment plant, which includes a mechanical, a biological and a chemical treatment step.

Enligt figuren förs obehandlat avloppsvatten l in i ett mekaniskt reningssteg 2. Här avskiljs fasta föroreningar och avlägsnas såsom slam 3. Det mekaniskt renade vattnet förs därefter till ett biologiskt renings- steg 4. Vattnet förs först in i en aerob zon 5, där nitrifikationsbakterier omvandlar kväve i ammoniumform till kväve i nitratform. Det nitratinnehållande av- loppsvattnet leds därefter in i en anaerob zon 6, till vilken modifierad stärkelse 7 i form av ett pulver, en uppslamning eller en lösning tillsätts såsom kol- haltigt substrat. I den anaeroba zonen omvandlar denitri- fikationsbakterier kväve i nitratform till kvävgas 8, som luftas bort till atmosfären. Oönskat fast material avlägsnas såsom slam 3. Avloppsvattnet förs därefter vidare till ett kemiskt reningssteg 9, vid vilket t ex fosfor avlägsnas genom utfällningsreaktioner. Oönskat material avlägsnas i form av slam 3, medan renat vatten 10 lämnar det kemiska reningssteget.According to the figure, untreated wastewater l is introduced into a mechanical purification stage 2. Here, solid pollutants are separated and removed as sludge 3. The mechanically purified water is then taken to a biological purification stage 4. The water is first introduced into an aerobic zone 5, where nitrification bacteria convert nitrogen in ammonium form to nitrogen in nitrate form. The nitrate-containing waste water is then led into an anaerobic zone 6, to which modified starch 7 in the form of a powder, a slurry or a solution is added as a carbonaceous substrate. In the anaerobic zone, denitrification bacteria convert nitrogen in nitrate form to nitrogen gas 8, which is vented to the atmosphere. Unwanted solid material is removed as sludge 3. The wastewater is then passed on to a chemical purification step 9, in which, for example, phosphorus is removed by precipitation reactions. Unwanted material is removed in the form of sludge 3, while purified water 10 leaves the chemical purification step.

För att belysa uppfinningen ytterligare följer ett utföringsexempel nedan, vid vilket olika kolkällor 10 15 20 25 457 722 5 provas såsom substrat för denítrifikationsbakterier vid kvävereduktion.To further illustrate the invention, an exemplary embodiment follows below, in which various carbon sources are tested as substrates for denitrification bacteria in nitrogen reduction.

Exemgel gggggsökning med_avseende på kolkällo;§_inverkan på Qenitrifikationsgastigheten Vid ett reningsverk utfördes försök med olika kolkällor vid denitrifikation. I en 5-liters bägare med omrörare tillsattes normalt avloppsvatten, varefter det gjordes anaerobt, antingen genom tillsats av bi- sulfit eller genom omröring. Till denna anaeroba vätska tillsattes ett antal kolkällor, varefter nitrathalten analyserades omedelbart, samt efter 12 h. Följande värden uppmättes.Exemgel ggggg search with_reference to coal source; §_influence on Qenitrification rate At a treatment plant, experiments were performed with different coal sources during denitrification. In a 5-liter beaker with stirrer, wastewater was normally added, after which it was made anaerobically, either by adding bisulfite or by stirring. To this anaerobic liquid were added a number of carbon sources, after which the nitrate content was analyzed immediately, and after 12 hours. The following values were measured.

Kolkälla N03-halt omedelbart N03-halt efter efter koltillsats 12 h Metanol 40,3 mg/l 19,8 mg/l Socker 39,8 mg/1 0,4 mg/1 Lygel F 60 40,4 mg/1 0,1 mg/l Glykos 39,7 mg/l 15,2 mg/l Potatismjöl 38,3 mg/l 24,6'mg/l Resultaten visar att Lygel F 60, en modifierad kallvattenlöslig form av stärkelse, fungerar lika bra som socker vad galler den bakteriella tillgänglig- heten. Glykos, stärkelsesirap, har lika stor bakteriell tillgänglighet som metanol, som är en vanlig kolkälla vid olika denitrifikationsförsök. Potatismjöl (nativ stärkelse) fungerade inte som kolkälla.Carbon source NO3 content immediately NO3 content after after carbon addition 12 h Methanol 40.3 mg / l 19.8 mg / l Sugar 39.8 mg / l 0.4 mg / l Lygel F 60 40.4 mg / l 0, 1 mg / l Glucose 39.7 mg / l 15.2 mg / l Potato flour 38.3 mg / l 24.6'mg / l The results show that Lygel F 60, a modified cold water-soluble form of starch, works just as well as sugar what is the bacterial availability. Glucose, starch syrup, has as much bacterial availability as methanol, which is a common carbon source in various denitrification experiments. Potato flour (native starch) did not serve as a carbon source.

Claims

457 722 10 15 20 25 30 PATENT REQUIREMENTS

1. Process for purifying water by removing nitrogenous material by denitrification, characterized in that native starch is chemically modified by acid hydrolysis, physically by gluing or enzymatically by treatment with the enzyme amylase and / or amyloglycosidase, or by a combination thereof modification method, and that the modified starch is added in an amount which gives a weight ratio of carbon to nitrogen of at least 1.3: 1 as a carbonaceous substrate for denitrification bacteria in an anaerobic zone in a biological purification step.

Process according to Claim 1, characterized in that the acid hydrolysis is carried out with hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid.

Process according to Claim 1 or 2, characterized in that the acid hydrolysis is carried out at a temperature of 100-170 ° C, preferably 130-150 ° C, a pressure of 1-SO 2 bar, preferably 25-35 bar, and a pH of 0-6, preferably 1-2.

A method according to claim 1, wherein a physical modification is carried out at a temperature of 50-200 ° C, preferably 120-140 ° C, for a time of up to 60 minutes, min. n a at and 1-2 preferably

5. A method according to claim 4, characterized in that the physical modification involves gluing the starch on a hot rolling drum, evaporating the pre-glued starch and scraping off the glued-on powder from the rolling drum.